CN113495232B - 行波磁场故障检测方法、装置、设备、存储介质及系统 - Google Patents

行波磁场故障检测方法、装置、设备、存储介质及系统 Download PDF

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CN113495232B CN202111050113.9A CN202111050113A CN113495232B CN 113495232 B CN113495232 B CN 113495232B CN 202111050113 A CN202111050113 A CN 202111050113A CN 113495232 B CN113495232 B CN 113495232B
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Abstract

本申请涉及一种行波磁场故障检测方法、装置、设备、存储介质及系统。所述方法获取高速磁浮轨道线路的磁梯度解析信号与位置信息，并根据位置信息将整条高速磁浮轨道线路按照预设间隔分成N段；根据每段内的磁场数据采用矩方法得到其对应的多重分形谱，并计算谱线的特征量，将特征量的变化量输入到CFAR‑恒虚警率检测器，确定疑似异常数据；针对该数据采用小波模极大值异常检测方式判断信号的奇异性，并计算奇异点的Lipschitz指数，确定是否真的存在异常，若存在，输出具体异常位置。该方法检测精度高，并大大提高了异常检测效率，使得高速磁浮轨道长定子铁芯的日常维护与检修工作更加方便、有效，降低经济损失，减小安全隐患。

Description

行波磁场故障检测方法、装置、设备、存储介质及系统
技术领域
本申请涉及大型电力设备故障诊断技术领域，特别是涉及一种行波磁场故障检测方法、装置、设备、存储介质及系统。
背景技术
与单纯承载车辆的轮轨轨道不同，常导高速磁浮的轨道实际上是一种同步直线电机的长定子初级，是磁浮交通悬浮、牵引和运控系统的重要组成部件，轨道的电气状态直接影响着列车行驶的安全性、稳定性和舒适性长定子轨道由360片0.5mm厚的硅钢片叠压制成，为防止铁芯叠片间发生短路而增大涡流损耗，硅钢片之间涂有绝缘化学涂层，该涂层需具有良好的绝缘性和较高的层间电阻，可以有效抑制涡流的产生。然而，高速磁浮轨道为长距离露天高架铺设形式，受车辆运行和风吹日晒的影响，车轨磕碰及环境腐蚀容易导致定子铁芯表面的环氧树脂层出现破裂脱落，硅钢片直接暴露于空气进一步发生腐蚀，降低硅钢片间的绝缘性能，导致铁芯出现片间短路故障。这种故障表现细微，分布也无规律，初期影响较小，难以发现，但随着涡流损耗的增大，局部过热会加剧定子铁芯进一步腐蚀，产生行波磁场异常，导致磁浮轨道无法完成它的电气功能，影响车辆运行安全。与此同时，绕组下挂、绕组绝缘皮破损造成的接地短路，都会对行波磁场造成较大影响，产生安全隐患。
现有人工目测或携带相应设备进行手工巡测的方式费时费力，效率低下，安全性差，同时也影响磁浮交通系统的正常运营，难以开展磁浮轨道的养护与检修工作。因此，有必要针对磁浮轨道无限长、高架铺设，轨道异常少、分布不确定，人工巡检费时易漏检的特点，设计一种动态、快速、高效的检测方法，为轨道维护提供依据。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种行波磁场故障检测方法、装置、设备、存储介质及系统。
一种行波磁场故障检测方法，所述方法包括：
获取整条高速磁浮轨道线路的磁梯度解析信号与位置信息，并根据位置信息将整条高速磁浮轨道线路按照预设间隔分成N段。
根据每段内的所述磁梯度解析信号和所述位置信息，采用矩方法进行计算，得到磁场对应的多重分形谱，并绘制曲线，得到每段对应的一条谱线。
根据所述谱线计算谱线的特征量，并采用特征量的变化量作为恒虚警率检测器的输入参数，并根据奈曼-皮尔逊准则确定恒虚警率检测器的比较门限。
根据所述输入参数、所述比较门限以及预设恒虚警率，采用CFAR-恒虚警率检测器，确定疑似异常数据。
根据所述疑似异常数据，采用SymletsA小波系进行二进小波变换，得到二进小波，并采用软阈值方法去除所述二进小波中的高频干扰，并计算去除干扰后的结果的小波模极大值。
根据所述小波模极大值判断信号的奇异性，并计算奇异点的Lipschitz指数，确定每组疑似异常数据是否真的存在异常，若存在，输出具体异常位置。
一种行波磁场故障检测装置，所述装置包括：
数据获取模块，用于获取整条高速磁浮轨道线路的磁梯度解析信号与位置信息，并根据位置信息将整条高速磁浮轨道线路按照预设间隔分成N段。
多重分形谱分析模块，用于根据每段内的所述磁梯度解析信号和所述位置信息，采用矩方法进行计算，得到磁场对应的多重分形谱，并绘制曲线，得到每段对应的一条谱线；根据所述谱线计算谱线的特征量，并采用特征量的变化量作为恒虚警率检测器的输入参数，并根据奈曼-皮尔逊准则确定恒虚警率检测器的比较门限。
恒虚警率异常检测模块，用于根据所述输入参数、所述比较门限以及预设恒虚警率，采用CFAR-恒虚警率检测器，确定疑似异常数据。
小波模极大值异常检测模块，用于根据所述疑似异常数据，采用SymletsA小波系进行二进小波变换，得到二进小波，并采用软阈值方法去除所述二进小波中的高频干扰，并计算去除干扰后的结果的小波模极大值；根据所述小波模极大值判断信号的奇异性，并计算奇异点的Lipschitz指数，确定每组疑似异常数据是否真的存在异常，若存在，输出具体异常位置。
一种行波磁场故障检测系统，所述系统包括磁敏阵列、激光位移计和信号分析装置；所述磁敏阵列用于获取铁芯定子面一定距离处的磁梯度张量解析信号，包括霍尔磁敏传感器；所述激光位移计用于测量轨道梁接缝的位置信息；所述信号分析装置接收整条高速磁悬浮轨道线路的磁梯度张量解析信号与位置信息，并执行上述任一所述行波磁场故障检测方法，确定具体异常位置。
上述行波磁场故障检测方法、装置、设备、存储介质及系统，所述方法通过获取整条高速磁浮轨道线路的磁梯度解析信号与位置信息，并根据位置信息将整条高速磁浮轨道线路按照预设间隔分成N段；根据每段内的磁梯度解析信号和位置信息，采用矩方法进行计算，得到磁场对应的多重分形谱，并根据谱线计算谱线的特征量，并采用特征量的变化量作为恒虚警率检测器的输入参数，并根据奈曼-皮尔逊准则确定恒虚警率检测器的比较门限，采用CFAR-恒虚警率检测器，确定疑似异常数据；根据疑似异常数据，采用SymletsA小波系进行二进小波变换，并采用软阈值方法去除二进小波中的高频干扰，并计算其小波模极大值；根据小波模极大值判断信号的奇异性，并计算奇异点的Lipschitz指数，确定每组疑似异常数据是否真的存在异常，若存在，输出具体异常位置。基于分形与小波的粗细协同的故障检测方法从宏观统计分析与微观时频分析结合的角度，在保证检测精度的基础上大大提高了异常检测效率，实现对电机定子状态的实时监控与故障预警，使得高速磁浮轨道长定子铁芯的日常维护与检修工作更加方便、有效，降低经济损失，减小安全隐患。该方法还可应用于其他磁异常检测领域，如水下目标探测、资源勘探等。
附图说明
图1为一个实施例中行波磁场故障检测方法的流程示意图；
图2为另一个实施例中行波磁场故障检测方法的流程示意图；
图3为另一个实施例中行波磁场故障检测装置的结构框图；
图4为一个实施例中设备的内部结构图；
图5为一个实施例中Prewitt磁梯度张量测量结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种行波磁场故障检测方法，该方法包括以下步骤：
步骤100：获取整条高速磁浮轨道线路的磁梯度解析信号与位置信息，并根据位置信息将整条高速磁浮轨道线路按照预设间隔分成N段。
具体的，整条高速磁浮轨道线路的磁梯度解析信号是通过搭载式高速磁浮轨道长定子铁芯磁异常测量阵列测量得到的。
位置信号是通过激光位移计测量得到的。
预设间隔优选为高速磁浮轨道线路上一节轨道梁的长度。
步骤102：根据每段内的磁梯度解析信号和位置信息，采用矩方法进行计算，得到磁场对应的多重分形谱，并绘制曲线，得到每段对应的一条谱线。
步骤104：根据谱线计算谱线的特征量，并采用特征量的变化量作为恒虚警率检测器的输入参数，并根据奈曼-皮尔逊准则确定恒虚警率检测器的比较门限。
具体的，谱线的特征量包括用谱宽、谱差、最大奇异指数、最小奇异指数、不对称度等。将
Figure 670254DEST_PATH_IMAGE001
七个谱特征量作为特征分形参量T。其中
Figure 955742DEST_PATH_IMAGE002
代表多重分形普峰值点对应的奇异指数，
Figure 958333DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 12876DEST_PATH_IMAGE004
分别代表多重分形谱中最强和最弱奇异点对应的
Figure 708300DEST_PATH_IMAGE005
值，
Figure 949925DEST_PATH_IMAGE006
代表谱宽，
Figure 21787DEST_PATH_IMAGE007
代表多重分形谱的最大值，
Figure 930837DEST_PATH_IMAGE008
代表最大最小概率子集分形维数的差异表征信号峰值最大、最小出现频率的变化量，
Figure 531582DEST_PATH_IMAGE009
代表谱的对称性。
采用特征分形参量T的变化量作为恒虚警率检测器的输入参数，
Figure 526083DEST_PATH_IMAGE011
，其中：
Figure 136056DEST_PATH_IMAGE012
代表多重分形普峰值点对应的奇异指数变化量，
Figure 185700DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 957347DEST_PATH_IMAGE014
参数通过多次实验标定获得，
Figure 704723DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 852808DEST_PATH_IMAGE016
分别代表多重分形谱中最强和最弱奇异点对应的
Figure 470871DEST_PATH_IMAGE017
值的变化量，
Figure 944577DEST_PATH_IMAGE018
代表谱宽变化量，
Figure 648091DEST_PATH_IMAGE019
代表多重分形谱的最大值变化量，
Figure 599867DEST_PATH_IMAGE020
代表最大最小概率子集分形维数的差异表征信号峰值最大、最小出现频率变化量的变化量，
Figure 338015DEST_PATH_IMAGE021
代表谱的对称性的变化量。
步骤106：根据输入参数、比较门限以及预设恒虚警率，采用CFAR-恒虚警率检测器，确定疑似异常数据。
具体的，预设恒虚警率可以取值为150%，根据奈曼-皮尔逊(NP)准则确定比较门限，以增大虚警率来换取更高的检测概率，确保所有异常情况均被检出，将检出的异常数据作为疑似异常数据。
步骤108：根据疑似异常数据，采用SymletsA小波系进行二进小波变换，得到二进小波，并采用软阈值方法去除二进小波中的高频干扰，并计算去除干扰后的结果的小波模极大值。
步骤110：根据小波模极大值判断信号的奇异性，并计算奇异点的Lipschitz指数，确定每组疑似异常数据是否真的存在异常，若存在，输出具体异常位置。
上述行波磁场故障检测方法中，所述方法通过获取整条高速磁浮轨道线路的磁梯度解析信号与位置信息，并根据位置信息将整条高速磁浮轨道线路按照预设间隔分成N段；根据每段内的磁梯度解析信号和位置信息，采用矩方法进行计算，得到磁场对应的多重分形谱，并根据谱线计算谱线的特征量，并采用特征量的变化量作为恒虚警率检测器的输入参数，并根据奈曼-皮尔逊准则确定恒虚警率检测器的比较门限，采用CFAR-恒虚警率检测器，确定疑似异常数据；根据疑似异常数据，采用SymletsA小波系进行二进小波变换，并采用软阈值方法去除二进小波中的高频干扰，并计算其小波模极大值；根据小波模极大值判断信号的奇异性，并计算奇异点的Lipschitz指数，确定每组疑似异常数据是否真的存在异常，若存在，输出具体异常位置。基于分形与小波的粗细协同的故障检测方法从宏观统计分析与微观时频分析结合的角度，在保证检测精度的基础上大大提高了异常检测效率，实现对电机定子状态的实时监控与故障预警，使得高速磁浮轨道长定子铁芯的日常维护与检修工作更加方便、有效，降低经济损失，减小安全隐患。该方法还可应用于其他磁异常检测领域，如水下目标探测、资源勘探等。
在其中一个实施例中，步骤100包括：获取搭载式高速磁浮轨道长定子铁芯磁异常测量阵列测量的整条高速磁浮轨道线路的磁梯度解析信号；获取位置信息；位置信息为激光位移计输出的轨道梁接缝信息；将整条高速磁浮轨道线路对应的磁梯度解析信号根据位置信息按照预设间隔分为N段。
在其中一个实施例中，步骤102包括：将每段内的磁梯度解析信号采用直线拟合的方式去除直流分量，并将得到的数据进行归一化处理，得到归一化磁场数据；根据归一化磁场数据和位置信息，利用矩方法计算其对应的多重分形谱，绘制多重分形谱曲线，得到每段对应的一条谱线。
在其中一个实施例中，步骤106包括：根据输入参数、比较门限以及预设恒虚警率，采用最小恒虚警率SO-CFAR方式，确定疑似异常数据。
在其中一个实施例中，步骤110中计算奇异点的Lipschitz指数的具体步骤包括：选择小波变换系数最小平方线性回归时所取的指数；在尺度空间与相应的小波变换系数的双对数坐标系中进行小波模极大值的拟合，计算Lipschitz指数的公式为：
Figure 717044DEST_PATH_IMAGE022
其中：所有
Figure 907854DEST_PATH_IMAGE023
值的上界就是待分析信号F的奇异性指数，C为常数，F为待分析信号，
Figure 397741DEST_PATH_IMAGE024
为高斯函数标准差，
Figure 255976DEST_PATH_IMAGE025
为信号各点位置索引。
在另一个实施例中，如图2所示，提供了一种行波磁场故障检测方法具体步骤：
步骤1：数据分段
根据激光位移计输出的轨道梁接缝信息，将一整条轨道线路对应的磁场数据按照预设间隔分为N段；采用直线拟合的方法去除直流分量；将原始数据归一化至[0，1]之间。
步骤2：多重分形谱计算
针对每个预设段内的数据，利用矩方法（Moment）计算其对应的多重分形谱，绘制
Figure 805906DEST_PATH_IMAGE026
曲线，高速磁浮轨道每个预设钢梁对应一条谱线。
对于长度为L的一维时间序列，Moment方法的计算步骤如下：
（a）将时间序列划分为互不重叠的尺度为
Figure 484012DEST_PATH_IMAGE027
的小盒子，每个盒子内的概率测度
Figure 777590DEST_PATH_IMAGE028
定义为：
Figure 224752DEST_PATH_IMAGE029
Figure 211162DEST_PATH_IMAGE030
对应每个小盒子内数据之和，
Figure 376565DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure 208254DEST_PATH_IMAGE032
，
Figure 509923DEST_PATH_IMAGE033
代表每次分段情况下小盒子的个数。
（b）对于每个
Figure 667235DEST_PATH_IMAGE034
值，计算其对应的q阶距
Figure 319933DEST_PATH_IMAGE035
，q的取值范围一般为[-50 50]，它决定着多重分形谱线离散点的密集程度。
Figure 958243DEST_PATH_IMAGE036
其中，
Figure 379997DEST_PATH_IMAGE037
代表概率测度q阶距的质量指数函数。
（c）对上式进行Legendre变换，得到
Figure 442631DEST_PATH_IMAGE038
与
Figure 582625DEST_PATH_IMAGE039
，并绘制多重分形谱线。
Figure 21697DEST_PATH_IMAGE040
步骤3：多重分形特征参量计算
计算每条谱线的谱特征作为特征分形参量T，包括用谱宽、谱差、最大奇异指数、最小奇异指数、不对称度等。将
Figure 297958DEST_PATH_IMAGE041
七个谱特征量代表输入信号的特征。采用特征量的变化量作为恒虚警率检测器的输入参数。
步骤4：CFAR-恒虚警率检测
设置恒虚警率，如150%，根据奈曼-皮尔逊(NP)准则确定比较门限，以增大虚警率来换取更高的检测概率，确保所有异常情况均被检出，将检出的异常数据作为疑似异常数据。
经过对比分析，采用可靠性最高的最小恒虚警率SO-CFAR方法。
步骤5：小波分析细检测
利用SymletsA小波系对疑似异常数据进行二进小波变换，通过软阈值方法去除高频干扰后计算小波模极大值，据此来判断信号的奇异性，为提高检测进度避免高虚警，进一步计算Lipschitz指数，确定每组疑似数据是否真的存在异常，若存在，输出具体异常位置。
计算Lipschitz指数步骤如下：
1）选择小波变换系数最小平方线性回归时所取的指数；
2）在尺度空间与相应的小波变换系数的双对数坐标系中进行小波模极大值的拟合，利用下式计算奇异指数。
Figure 531493DEST_PATH_IMAGE042
其中：所有
Figure 158783DEST_PATH_IMAGE043
值的上界就是待分析信号F的奇异性指数，C为常数，F为待分析信号，
Figure 870387DEST_PATH_IMAGE044
为高斯函数标准差，
Figure 266734DEST_PATH_IMAGE045
为信号各点位置索引。
应该理解的是，虽然图1-2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图3所示，提供了一种行波磁场故障检测装置，包括：数据获取模块、多重分形谱分析模块、恒虚警率异常检测模块和小波模极大值异常检测模块，其中：
数据获取模块，用于获取整条高速磁浮轨道线路的磁梯度解析信号与位置信息，并根据位置信息将整条高速磁浮轨道线路按照预设间隔分成N段。
多重分形谱分析模块，用于根据每段内的磁梯度解析信号和位置信息，采用矩方法进行计算，得到磁场对应的多重分形谱，并绘制曲线，得到每段对应的一条谱线；根据谱线计算谱线的特征量，并采用特征量的变化量作为恒虚警率检测器的输入参数，并根据奈曼-皮尔逊准则确定恒虚警率检测器的比较门限。
恒虚警率异常检测模块，用于根据输入参数、比较门限以及预设恒虚警率，采用CFAR-恒虚警率检测器，确定疑似异常数据。
小波模极大值异常检测模块，用于根据疑似异常数据，采用SymletsA小波系进行二进小波变换，得到二进小波，并采用软阈值方法去除二进小波中的高频干扰，并计算去除干扰后的结果的小波模极大值；根据小波模极大值判断信号的奇异性，并计算奇异点的Lipschitz指数，确定每组疑似异常数据是否真的存在异常，若存在，输出具体异常位置。
在其中一个实施例中，数据获取模块，还用于获取搭载式高速磁浮轨道长定子铁芯磁异常测量阵列测量的整条高速磁浮轨道线路的磁梯度解析信号；获取位置信息；位置信息为激光位移计输出的轨道梁接缝信息；将整条高速磁浮轨道线路对应的磁梯度解析信号根据位置信息按照预设间隔分为N段。
在其中一个实施例中，多重分形谱分析模块，还用于将每段内的磁梯度解析信号采用直线拟合的方式去除直流分量，并将得到的数据进行归一化处理，得到归一化磁场数据；根据归一化磁场数据和位置信息，利用矩方法计算其对应的多重分形谱，绘制多重分形谱曲线，得到每段对应的一条谱线。
在其中一个实施例中，恒虚警率异常检测模块，还用于根据输入参数、比较门限以及预设恒虚警率，采用最小恒虚警率SO-CFAR方式，确定疑似异常数据。
在其中一个实施例中，小波模极大值异常检测模块中计算奇异点的Lipschitz指数的具体步骤包括：选择小波变换系数最小平方线性回归时所取的指数；在尺度空间与相应的小波变换系数的双对数坐标系中进行小波模极大值的拟合，计算Lipschitz指数的公式为：
Figure 936749DEST_PATH_IMAGE046
其中：所有
Figure 785757DEST_PATH_IMAGE047
值的上界就是待分析信号F的奇异性指数，C为常数，F为待分析信号，
Figure 301052DEST_PATH_IMAGE048
为高斯函数标准差，
Figure 817484DEST_PATH_IMAGE045
为信号各点位置索引。
关于行波磁场故障检测装置的具体限定可以参见上文中对于行波磁场故障检测方法的限定，在此不再赘述。上述行波磁场故障检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种行波磁场故障检测方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
在一个实施例中，提供了一种行波磁场故障检测系统，所述系统包括磁敏阵列、激光位移计和信号分析装置；所述磁敏阵列用于获取铁芯定子面一定距离处的磁梯度张量解析信号，包括霍尔磁敏传感器；所述激光位移计用于测量轨道梁接缝的位置信息；所述信号分析装置接收整条高速磁悬浮轨道线路的磁梯度张量解析信号与位置信息，并执行上述任一种行波磁场故障检测方法，确定具体异常位置。
作为优选，所述磁敏阵列包括Prewitt磁梯度张量测量结构。
具体的，Prewitt磁梯度张量测量结构的示意图如图5所示，Prewitt磁梯度张量测量结构包括：8个三轴霍尔传感器，安装支架以及数据处理装置；安装支架是边长与Prewitt结构的基线距离相等的正方形框架；三轴霍尔传感器s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8从右上角开始按照顺时针方向，依次安装在正方形框架的四个顶点和正方形四条边的中点上；数据处理装置用于根据采集的8个所述三轴霍尔传感器测量的x轴、y轴、z轴方向的磁场分量和结构的基线距离，采用Prewitt算子进行计算，得到原点处的霍尔磁梯度张量矩阵。原点处的霍尔磁梯度张量矩阵的表达式为：
Figure 392821DEST_PATH_IMAGE049
所述霍尔磁梯度张量矩阵中各个元素的计算公式为：
Figure 729125DEST_PATH_IMAGE050
其中：G表示霍尔磁梯度张量矩阵；
Figure 313690DEST_PATH_IMAGE051
分别表示原点处磁场强度在x轴、y轴、z轴方向的分量；
Figure 419049DEST_PATH_IMAGE052
表示Prewitt结构的基线距离；
Figure DEST_PATH_IMAGE053
分别表示第i个三轴霍尔传感器测量x轴、y轴、z轴方向的磁场分量，其中i为大于等于1且小于等于8的整数；
Figure 696447DEST_PATH_IMAGE054
、
Figure DEST_PATH_IMAGE055
、
Figure 785626DEST_PATH_IMAGE056
、
Figure DEST_PATH_IMAGE057
、
Figure 173882DEST_PATH_IMAGE058
分别表示x方向磁场沿x方向的变化率、x方向磁场沿y方向的变化率、x方向磁场沿z方向的变化率，y方向磁场沿y方向的变化率及y方向磁场沿z方向的变化率。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种行波磁场故障检测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取整条高速磁浮轨道线路的磁梯度解析信号与位置信息，并根据位置信息将整条高速磁浮轨道线路按照预设间隔分成N段；
根据每段内的所述磁梯度解析信号和所述位置信息，采用矩方法进行计算，得到磁场对应的多重分形谱，并绘制曲线，得到每段对应的一条谱线；
根据所述谱线计算谱线的特征量，并采用特征量的变化量作为恒虚警率检测器的输入参数，并根据奈曼-皮尔逊准则确定恒虚警率检测器的比较门限；
根据所述输入参数、所述比较门限以及预设恒虚警率，采用CFAR-恒虚警率检测器，确定疑似异常数据；
根据所述疑似异常数据，采用SymletsA小波系进行二进小波变换，得到二进小波，并采用软阈值方法去除所述二进小波中的高频干扰，并计算去除干扰后的结果的小波模极大值；
根据所述小波模极大值判断信号的奇异性，并计算奇异点的Lipschitz指数，确定每组疑似异常数据是否真的存在异常，若存在，输出具体异常位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取整条高速磁浮轨道线路的磁梯度解析信号与位置信息，并根据位置信息将整条高速磁浮轨道线路按照预设间隔分成N段，包括：
获取搭载式高速磁浮轨道长定子铁芯磁异常测量阵列测量的整条高速磁浮轨道线路的磁梯度解析信号；
获取位置信息；所述位置信息为激光位移计输出的轨道梁接缝信息；
将整条高速磁浮轨道线路对应的所述磁梯度解析信号根据位置信息按照预设间隔分为N段。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据每段内的所述磁梯度解析信号和所述位置信息，采用矩方法进行计算，得到磁场对应的多重分形谱，并绘制曲线，得到每段对应的一条谱线，包括：
将每段内的所述磁梯度解析信号采用直线拟合的方式去除直流分量，并将得到的数据进行归一化处理，得到归一化磁场数据；
根据所述归一化磁场数据和所述位置信息，利用矩方法计算其对应的多重分形谱，绘制多重分形谱曲线，得到每段对应的一条谱线。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述输入参数、所述比较门限以及预设恒虚警率，采用CFAR-恒虚警率检测器，确定疑似异常数据，包括：
根据所述输入参数、所述比较门限以及预设恒虚警率，采用最小恒虚警率SO-CFAR方式，确定疑似异常数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述小波模极大值判断信号的奇异性，并计算奇异点的Lipschitz指数，确定每组疑似异常数据是否真的存在异常，若存在，输出具体异常位置，步骤中计算奇异点的Lipschitz指数的具体步骤包括：
选择小波变换系数最小平方线性回归时所取的指数；
在尺度空间与相应的小波变换系数的双对数坐标系中进行小波模极大值的拟合，计算Lipschitz指数的公式为：
Figure 27373DEST_PATH_IMAGE001
其中：所有
Figure 695115DEST_PATH_IMAGE002
值的上界就是待分析信号F的奇异性指数，C为常数，F为待分析信号，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为高斯函数标准差，
Figure 567256DEST_PATH_IMAGE004
为信号各点位置索引。
6.一种行波磁场故障检测装置，其特征在于，所述装置包括：
数据获取模块，用于获取整条高速磁浮轨道线路的磁梯度解析信号与位置信息，并根据位置信息将整条高速磁浮轨道线路按照预设间隔分成N段；
多重分形谱分析模块，用于根据每段内的所述磁梯度解析信号和所述位置信息，采用矩方法进行计算，得到磁场对应的多重分形谱，并绘制曲线，得到每段对应的一条谱线；根据所述谱线计算谱线的特征量，并采用特征量的变化量作为恒虚警率检测器的输入参数，并根据奈曼-皮尔逊准则确定恒虚警率检测器的比较门限；
恒虚警率异常检测模块，用于根据所述输入参数、所述比较门限以及预设恒虚警率，采用CFAR-恒虚警率检测器，确定疑似异常数据；
小波模极大值异常检测模块，用于根据所述疑似异常数据，采用SymletsA小波系进行二进小波变换，得到二进小波，并采用软阈值方法去除所述二进小波中的高频干扰，并计算去除干扰后的结果的小波模极大值；根据所述小波模极大值判断信号的奇异性，并计算奇异点的Lipschitz指数，确定每组疑似异常数据是否真的存在异常，若存在，输出具体异常位置。
7.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
9.一种行波磁场故障检测系统，其特征在于，所述系统包括磁敏阵列、激光位移计和信号分析装置；所述磁敏阵列用于获取铁芯定子面一定距离处的磁梯度张量解析信号，包括霍尔磁敏传感器；所述激光位移计用于测量轨道梁接缝的位置信息；所述信号分析装置接收整条高速磁悬浮轨道线路的磁梯度张量解析信号与位置信息，并执行权利要求1-5中任一项所述的行波磁场故障检测方法，确定具体异常位置。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述磁敏阵列包括Prewitt磁梯度张量测量结构。
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